LP PYRA 12 AV. 1 Introduzione. 2 Principio di Funzionamento

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1 LP PYRA 12 1 Introduzione Il piranometro LP PYRA 12, misura l irradiamento su una superficie piana (Watt/m 2 ). Grazie all utilizzo dell anello di schermo, LP PYRA 12, misura l irradiamento solare diffuso eliminando il contributo dell irradiamento diretto. Nell LP PYRA 12 è installato un piranometro (LP PYRA 02) di Prima Classe secondo la norma ISO 9060, e secondo la pubblicazione Guide to meteorological Instruments and Methods of Observation, quinta edizione (1983) dell WMO. Il piranometro è prodotto in tre versioni: LP PYRA 12 PASSIVO * LP PYRA 12 AC LP PYRA 12 AV ATTIVO con uscita in CORRENTE ma ATTIVO con uscita in TENSIONE 0..1** o 0..5 o V da definire al momento dell ordine * La versione passiva può essere collegata allo strumento indicatore DO9847 attraverso il modulo SICRAM VP 472 ** La versione con uscita 0..1 volt può essere collegata, attraverso il modulo SICRAM VP474 allo strumento indicatore HD il quale fornisce la lettura direttamente in W/m 2. 2 Principio di Funzionamento Il piranometro LP PYRA 02 si basa su un sensore a termopila. La superficie sensibile della termopila è coperta con vernice nera opaca che permette al piranometro di non essere selettivo alle varie lunghezze d onda. Il campo spettrale del piranometro è determinato dalla trasmissione delle due cupole in vetro tipo K5. L energia radiante è assorbita dalla superficie annerita della termopila, creando cosi una differenza di temperatura tra il centro della termopila (giunto caldo) ed il corpo del piranometro (giunto freddo). La differenza di temperatura tra giunto caldo e giunto freddo è convertita in una Differenza di Potenziale grazie all effetto Seebeck. L LP PYRA 02 è provvisto di due cupole concentriche con diametro esterno di 50 mm e 30mm rispettivamente questo al fine di garantire un adeguato isolamento termico della termopila dal vento, e per ridurre la sensibilità all irradiamento termico. Le cupole proteggono la termopila dalla polvere che depositandosi sulla parte annerita ne potrebbe modificare la sensibilità spettrale. L anello di schermo blocca la luce diretta del sole per l intera durata del giorno, in maniera che solo la luce diffusa è misurata. Poiché l elevazione del sole cambia giorno dopo giorno, è necessario, almeno una volta ogni due giorni, modificare l altezza dell anello

2 3 Installazione e montaggio del piranometro per la misura della radiazione diffusa: Prima dell installazione del piranometro si deve caricare la cartuccia che contiene il silica-gel. Il silica gel ha la funzione di assorbire l umidità nella camera delle cupole, umidità che in particolari condizioni climatiche può portare alla formazione di condensa sulla parete interna delle cupole alterando la misura. Durante il caricamento del silicagel si deve evitare di bagnarlo o toccarlo con le mani. Le operazioni da eseguire in un luogo secco (per quanto possibile) sono: 1- svitare le tre viti che fissano lo schermo bianco 2- svitare la cartuccia porta silica-gel con una moneta 3- rimuovere il tappo forato della cartuccia 4- aprire la busta (in dotazione al piranometro) che contiene il silica-gel 5- riempire la cartuccia con il silica-gel 6- richiudere la cartuccia con il proprio tappo, assicurandosi che l O-ring di tenuta sia posizionato correttamente 7- avvitare la cartuccia al corpo del piranometro con una moneta 8- assicurarsi che la cartuccia sia ben avvitata (in caso contrario la durata del silica-gel si riduce) 9- posizionare lo schermo e avvitarlo con le viti 10- il piranometro è pronto per essere utilizzato Nella figura 1 sono brevemente illustrate le operazioni necessarie al caricamento della cartuccia con il silica-gel. Cartuccia porta silica-gel Confezione sigillata di silicagel Tappo forato A B Riempimento Chiusura cartuccia C D Fig. 1 L LP PYRA 12 va installato in una postazione facilmente raggiungibile per poter regolare l altezza dell anello di schermo. Si dovrebbe evitare che costruzioni, alberi od ostacoli di qualsiasi tipo superino il piano orizzontale su cui giace il piranometro

3 Nel caso questo non sia possibile è raccomandabile scegliere una posizione in cui gli ostacoli presenti sul percorso del sole dall alba al tramonto siano inferiori a 5. Il piranometro va posto lontano da ogni tipo di ostacolo che possa alterare la misura della luce diffusa. 3.1 Montaggio dell anello di schermo. L LP PYRA 12 è composto da due parti, il piranometro e l anello di schermo (figura2). Le caratteristiche del piranometro sono riportate nel paragrafo 8. Anello di schermo 570 mm 54 mm Piranometro Goniometro Supporto Piranometro Asta di sostegno graduata Barra di sostegno 370 mm Base 300 mm Montante Vite con ghiera Livella 300 mm Figura 2 Per facilitarne il trasporto l anello di schermo è smontato in 5 parti di seguito elencate: 1- Base (composta da tre razze) 1- anello con profilo ad L 2- aste di sostegno con scala graduata 1- montante + barra di sostegno + supporto piranometro + goniometro (assemblati ed allineati in fabbrica) La procedura per il fissaggio è la seguente: 1- avvitare la tre razze che compongono la base al montante 2- avvitare le due aste di sostegno all anello di schermo 3- inserire le aste di sostegno dell anello nelle due sedi ai lati della barra di sostegno (quando montato nel verso corretto l asse dell anello passa per il centro della termopila che equipaggia il piranometro). 3.2 Posizionamento dello strumento per la misura della luce diffusa. La particolare geometria dell anello di schermo, permette di intercettare la luce diretta del sole per tutta la durata della giornata senza bisogno di aggiustamenti. La base dell LP PYRA 12 va montata in posizione parallela al terreno. La vite con ghiera insieme alla livella permettono di eseguire questa operazione con facilità

4 L anello di schermo deve essere posizionato in maniera che l asse dell anello sia parallelo all asse terrestre (fig. 3) Asse terrestre Asse anello di schermo Polo Nord Equatore Radiazione solare Polo Sud figura 3 per fare questo si procede in due fasi separate: si allinea l anello lungo l asse nord-sud successivamente si regola l inclinazione dell anello. Per allineare l anello lungo l asse nord-sud procedere come segue: 1 attendere il mezzogiorno solare, 2 sul goniometro su cui è fissato il piranometro è presente una scanalatura, ruotare la base dell anello sin tanto che i raggi solari percorrono la scanalatura da entrambi i lati del goniometro (figura 4) Raggi solari figura 4 Questo metodo presenta un incertezza crescente man mano che ci si avvicina all equatore. Per installazioni in luoghi vicini all equatore è consigliabile l utilizzo di una carta geografica per l orientamento dell anello di schermo lungo l asse nord-sud. A questo punto si procede alla regolazione dell inclinazione delle barre di sostegno nella seguente maniera. 1- Assicurarsi che le aste di sostegno ed il lato lungo, del supporto del piranometro, siano paralleli (gli strumenti escono dalla fabbrica già allineati). 2- montare e fissare il piranometro al goniometro 3- posizionare il goniometro in maniera da leggere sulla sua scala la latitudine del punto di installazione dell LP PYRA 12 (figura 5 ) - 4 -

5 Lettura angolo Figura 5 4- ruotare la barra di sostegno (dopo avere allentato la vite che la blocca) sin tanto che il piranometro è parallelo al terreno. Questo può essere fatto utilizzando la livella sul corpo del piranometro 5- se le operazioni sono state eseguite correttamente l asse dell anello sarà parallelo all asse terrestre. A questo punto non resta che regolare l altezza delle aste di sostegno sin tanto che la cupola grande del piranometro non appare in ombra. Per confermare la corretta installazione si può confrontare la lettura sulla scala delle aste di sostegno con quella riportata nella tabella 1 (paragrafo 7) se queste coincidono il piranometro e l anello di schermo sono stati installati correttamente. 4 Connessioni Elettriche e requisiti dell elettronica di lettura: L LP PYRA 02 viene prodotto in tre versioni, LP PYRA 02, LP PYRA 02 AC e LP PYRA 02 AV. La versione LP PYRA 02 è passivo e non necessità di alimentazione. Le versioni LP PYRA 02 AC,AV sono attive e hanno bisogno di alimentazione. La tensione richiesta è di: 8-30 VDC per le versioni LP PYRA 02 AC e LP PYRA 02 AV con uscita 0..1V e 0..5 V VDC per la versione LP PYRA 02 AV con uscita 0..10V. Tutte le versioni sono provviste di connettore di uscita M12 a 4 poli Il cavo opzionale, terminato da una parte con il connettore, è in PTFE resistente agli UV, è provvisto di 3 fili più la calza (schermo), la corrispondenza tra i colori del cavo ed i poli del connettore è la seguente(figura 6): Fig

6 LP PYRA 02 Connettore Funzione Colore 4 Schermo ( ) Nero 1 Positivo (+) Rosso 2 Negativo (-) Blu 3 Contenitore ( ) Bianco LP PYRA 02 AC Connettore Funzione Colore 4 Schermo ( ) Nero 1 Positivo (+) Rosso 2 Negativo (-) Blu 3 Contenitore ( ) Bianco LP PYRA 02 AV Connettore Funzione Colore 4 Schermo ( ) Nero 1 (+) Vout Rosso 2 (-) Vout e (-)Vcc Blu 3 (+) Vcc Bianco LP PYRA 02 va connesso ad un millivolmetro od ad un acquisitore di dati. Tipicamente il segnale in uscita dal piranometro non supera i 20 mv. La risoluzione consigliata dello strumento di lettura, per poter sfruttare appieno le caratteristiche del piranometro, è di 1μV. LP PYRA 02 - LP PYRA 12 Thermopile Case LP PYRA 03 Thermopile - + Surge Arrestor - + blu 2 rosso 1 bianco 3 Shield (nero) 4 blu 2 Screen (nero) rosso 1 Fig7 LP PYRA 02 AC va connesso insieme ad un alimentatore ed ad un multimetro secondo lo schema seguente (Figura 6), la resistenza di carico per la lettura del segnale deve essere 500 Ω: - 6 -

7 LP PYRA.. AC +Vcc I out 1 2 Power Supply DMM Fig. 8 LP PYRA 02 AV va connesso insieme ad un alimentatore ed ad un multimetro secondo lo schema seguente (Figura 7), la resistenza di carico per la lettura del segnale deve essere 100 KΩ: LP PYRA.. AV +Vout -Vcc, - Vout + Vcc DMM - - Power Supply + Fig. 9 5 Manutenzione: La posizione dell anello di schermo va regolata almeno una volta ogni due giorni. Per la regolazione si procede nella seguente maniera: Svitare le due viti che bloccano le aste di supporto e posizionare le due aste all altezza indicata dalla tabella 1. Se il cielo è chiaro ed è presente il sole, la regolazione può essere eseguita direttamente osservando l ombra dell anello sul piranometro, regolare le due aste di supporto in maniera che l ombra copra interamente la cupola esterna. Impostata la corretta posizione delle aste di sostegno, stringere le viti di fissaggio e procedere con le misure. Al fine di garantire un elevata precisione delle misure è necessario che la cupola esterna del piranometro sia mantenuta sempre pulita, pertanto maggiore sarà la frequenza di pulizia della cupola migliore sarà la precisione delle misure. La pulizia può essere eseguita con normali cartine per la pulizia di obbiettivi fotografici e con acqua, se non fosse sufficiente usare Alcol ETILICO puro. Dopo la pulizia con l alcol è necessario pulire nuovamente la cupola con solo acqua. A causa degli elevati sbalzi termici tra il giorno e la notte è possibile che sulle cupole del piranometro si formi della condensa, in questo caso la lettura eseguita è fortemente sovrastimata. Per minimizzare la formazione di condensa, all interno del piranometro è inserita un apposita cartuccia con materiale assorbente: Silica-gel. L efficienza del Silica-gel diminuisce con il tempo. Quando il silica-gel è efficiente il colore è giallo, mentre man mano che perde di efficienza il suo colore diventa blu. Per sostituire il silica - 7 -

8 gel vedere le istruzioni al paragrafo 3. Tipicamente la durata del silica-gel varia da 2 a 6 mesi a seconda delle condizioni ambientali in cui opera il piranometro. 6 Taratura ed esecuzione delle misure: La sensibilità del piranometro S (o fattore di calibrazione) permette di determinare l irradiamento misurando un segnale in Volt ai capi della termopila. Il fattore S è dato in μv/(wm -2 ). Misurata la differenza di potenziale (DDP) ai capi della sonda l'irradiamento E e si ottiene dalla seguente formula: E e = DDP/S dove; E e : e' l Irradiamento espresso in W/m 2, DDP: e' la differenza di potenziale espressa in μv misurata dal multimetro, S: e' il fattore di calibrazione scritto sull etichetta del piranometro (e sul rapporto di taratura) in μv/(w/m 2 ). Ogni piranometro è tarato singolarmente in fabbrica. Il fattore di calibrazione è riportato sull etichetta del piranometro. Per poter sfruttare appieno le caratteristiche dell LP PYRA 12 è consigliabile eseguire la verifica della taratura con frequenza annuale. La strumentazione in dotazione al laboratorio metrologico di Foto-Radiometria Delta Ohm srl permettono la taratura dei piranometri secondo le prescrizioni del WMO, ed assicura la riferibilità delle misure ai campioni internazionali. 7 Correzioni da applicare: La luce diffusa si misura eliminando il contributo della luce diretta per mezzo dell anello di schermo. Poiché oltre alla luce diretta l anello di schermo intercetta parte della luce diffusa è necessario correggere i valori misurati. La percentuale di luce diffusa intercettata dall anello di schermo varia durante l anno poiché la posizione che l anello assume rispetto al piranometro varia. Nelle tabelle 2 e 3 sono riportati i fattori di correzione da apportare alle misure in tutto il periodo dell anno e per le varie latitudini (emisfero Nord tabella 2, emisfero Sud tabella 3). Per ottenere il valore vero (E e v ) dell irradiamento diffuso è necessario moltiplicare il valore misurato per il coefficiente di correzione riportato nelle tabelle come che seguono: E e v =E e C dove: - E e è l irradiamento diffuso misurato, ottenuto seguendo la procedura riportata nel paragrafo 6 - C è il fattore di correzione riportato nelle tabelle 2 e

9 Tabella 1: VALIDA PER LA SOLA VERSIONE LP PYRA 12 Nella tabella sono riportati i valori a cui devono essere impostate le aste di sostegno graduate per le diverse declinazioni solari e per i due emisferi. Declinazione solare Data giorno/mese Valori da impostare sulla aste di sostegno (mm) se installato nell emisfero Nord Valori da impostare sulla aste di sostegno (mm) se installato nell emisfero Sud / /1 3/ /1 22/ /1 13/ /2 6/ /2 31/ /2 25/ /2 19/ /2 14/ /3 8/ /3 3/ /3 28/ /3 23/ /3 18/ /3 12/ /4 6/ /4 2/ /4 27/ /4 21/ /4 15/ /5 9/ /5 1/ /5 23/ /5 12/ /

10 Tabella 1 BIS: VALIDA PER LE VERSIONI LP PYRA 12 AC, LP PYRA 12 AV Nella tabella sono riportati i valori a cui devono essere impostate le aste di sostegno graduate per le diverse declinazioni solari e per i due emisferi. Declinazione solare Data giorno/mese Valori da impostare sulla aste di sostegno (mm) se installato nell emisfero Nord Valori da impostare sulla aste di sostegno (mm) se installato nell emisfero Sud / /1 3/ /1 22/ /1 13/ /2 6/ /2 31/ /2 25/ /2 19/ /2 14/ /3 8/ /3 3/ /3 28/ /3 23/ /3 18/ /3 12/ /4 6/ /4 2/ /4 27/ /4 21/ /4 15/ /5 9/ /5 1/ /5 23/ /5 12/ /

11 Tabella 2: Fattori di correzione C per installazione dell LP PYRA 12 nell emisfero NORD Latitudine NORD Declinazione solare

12 Tabella 3: Fattori di correzione C per installazione dell LP PYRA 12 nell emisfero SUD Latitudine SUD Declinazione solare

13 8 Caratteristiche tecniche: PIRANOMETRO LP PYRA 02 Sensibilità' tipica: 10 μv/(w/m 2 ) Impedenza: 33 Ω 45 Ω Campo di misura: W/m 2 Campo di vista: 2π sr Campo spettrale: 305 nm 2800 nm (50%) (trasmissione delle cupole) 335 nm 2200 nm (95%) Temperatura di lavoro: -40 C 80 C Peso: 0.90 Kg Caratteristiche Tecniche secondo ISO Tempo di risposta: <28 sec (95%) 2- Off-set dello Zero: a) risposta ad una radiazione termica di 200W/m 2 : <15 W/m 2 b) risposta ad una cambiamento della temperatura ambiente di 5K/h: < ±4 W/m 2 3a- Instabilità a lungo termine: < ±1.5 % (1 anno) 3b- Non linearità: < ±1 % 3c- Risposta secondo legge del coseno: < ±18 W/m 2 3d- Selettività spettrale: < ±5 %

14 3e- Risposta in funzione: <4 % della temperatura 3f- Risposta in funzione del Tilt: < ±2 % ANELLO DI SCHERMO Peso: Diametro anello: Altezza anello: Diametro base: 5.90 Kg 570 mm 54 mm 300 mm 8 Codici di ordinazione LP PYRA 12 LP PYRA 02 AC LP PYRA 02 AV CP AA 1.5 CP AA 1.10 LP SP1 LP SG LP G Piranometro di Prima Classe secondo ISO Completo di: protezione, cartuccia per i cristalli di silica-gel, 2 ricariche, livella per la messa in piano, presa volante a 4 poli e Rapporto di Taratura. Anello di schermo radiazione diretta. Piranometro di Prima Classe secondo ISO Completo di: protezione, cartuccia per i cristalli di silica-gel, 2 ricariche, livella per la messa in piano, presa volante a 4 poli e Rapporto di Taratura. Anello di schermo radiazione diretta. Uscita del segnale in corrente ma. Piranometro di Prima Classe secondo ISO Completo di: protezione, cartuccia per i cristalli di silica-gel, 2 ricariche, livella per la messa in piano, presa volante a 4 poli e Rapporto di Taratura. Anello di schermo radiazione diretta. Uscita del segnale in tensione 0..1Vdc, 0..5Vdc, 0..10Vdc, da definire al momento dell ordine. Presa volante a 4 poli completa di cavo resistente agli UV, L=5m. Presa volante a 4 poli completa di cavo resistente agli UV, L=10m. Schermo di protezione in materiale plastico UV resistente. LURAN S777 K della BASF Cartuccia per contenere il silica-gel completo di O-ring.e tappo Confezione da 5 ricariche di silica-gel